DE1762420A1

DE1762420A1 - Electronic switch with field effect transistor

Info

Publication number: DE1762420A1
Application number: DE19681762420
Authority: DE
Inventors: Gerhard Krause
Original assignee: Fernseh GmbH
Current assignee: Robert Bosch Fernsehanlagen GmbH
Priority date: 1968-06-14
Filing date: 1968-06-14
Publication date: 1970-04-30
Also published as: DE1762420B2; DE1762420C3

Description

Elektronischer Schalter mit Feldeffekttransistor Die Erfindung betrifft einen lektronischen Schalter mit Feldeffekttransistor, bei deiDrain-Source-Strecke im Weg eines zu schaltenden Signals liegt und die Summe aus ddM Signale.14-einer Steuerspannung der 'Gate-Elektrode des Feld- effekttransistors zugeführt wird.Electronic switch with field effect transistor The invention relates to an electronic switch with Field effect transistor, in the way of the drain-source path of a signal to be switched and the sum of ddM Signals. 14-a control voltage of the 'gate electrode of the field- Effect transistor is supplied.

Bei der Verwendung eines Feldeffekttransistors als elektronischer Schalter liegt die Source-Elektrode in den meisten Fällen nicht auf konstantem Potential, sondern ist mit der zu schaltenden Signalspannung beaufsehlagt. Da nun für den leitenden, bzw. nicht leitenden Zustand des Fel.deffekttransistors die Gate-Source-Spannung maßgeblich ist., so kann eine Steuerspannungsquelle, deren einer Pol auf festem Potential liegt, nicht ohne weiteres mit dem Gate verbunden werden, ohne daß der Schaltzustand des elektronischen Schalters von der Höhe der Signalspannung abhängig ist. Deshalb wird der. Gate-Elektrode die Stamme aus der Steuerspannung und vier Signalspannung zugeführt. 6lird ein derartiger elelctronischer Schalter mit einer ialtpuls- förmgen Steuerspannung angesteuert, so ergibt sich die Mög- lichkeitlin die Zuführung der Steuerspannung eine-yi aber trager einzuschalten.- Der Primärwicklung diesesbert@#°a,:@as wird dann die Steuerspannung zugeführt, während die Endon elei° Sekunddrwieklunimit der source-Elektrode ti@Id der zr ede verbunden sind. Diese; Schaltungsanordnung, -Jot jc :loch nicht brauchbar für Steuergleichspannung und fli 4,;,Lo;i:nnungi, die ein breitbamdiges Frsquenzspektrum auftoiano Bei einer weiteren bekannten Schaltungsanordnung wird die Steuerspannung über einen Widerstand der Gate-Elektrode zugeführt. Diese Schaltungsanordnung eignet sich jedoch nur bei Verwendung von Sperrschichtfeldeffekttransistoren, wobei die Steuerspannung derart gewählt wird, daß praktisch unabhängig von der Größe der Signalspannung ein Steuerstrom fließt. Dieser Steuerstrom verursacht jedoch im Feldeffektransistor e3Bn Spannungsabfall, der in vielen Fällen unerwünscht ist. Tim diesen Spannungsabfall, aimm möglichst klein zu halten, wird der Widerstand sehr groß gewählt. Gebräuchliche Werte dieses Wi-derstandes liegen zwischen 100 kohm und 1 mohm. Derartig hohe Widerstände verhindern aber kurze Schaltzeiten, auch wenn man einen kleinen Kondensator parallel zum Widerstand schaltet.When using a field effect transistor as an electronic switch, the source electrode is in most cases not at a constant potential, but rather has the signal voltage to be switched applied to it. Since the gate-source voltage is decisive for the conductive or non-conductive state of the field effect transistor, a control voltage source, one pole of which is at a fixed potential, cannot easily be connected to the gate without the Switching state of the electronic switch depends on the level of the signal voltage. That's why the. Gate electrode which roots from the control voltage and four signal voltage supplied. 6l is such an electronic switch with an ialtpuls- shaped control voltage, this results in the possibility possibility of supplying the control voltage a-yi but slower - The primary winding of this bert @ # ° a,: @ as is then the control voltage is supplied while the endon elei ° Se k unddrwieklunimit the source electrode ti @ Id der zr ede are connected. These; Circuit arrangement, -Jot jc: hole not usable for DC control voltage and fli 4,;, Lo; i: nnungi, which have a broad spectrum of frequencies In a further known circuit arrangement, the control voltage is fed to the gate electrode via a resistor. However, this circuit arrangement is suitable only when using junction field effect transistors wherein the control voltage is chosen so that practically a control current flows regardless of the magnitude of the signal voltage. However, this control current causes the field effect transistor e3Bn voltage drop, which is undesirable in many cases. In order to keep this voltage drop as small as possible, the resistance is chosen to be very large. Common values for this resistance are between 100 kohm and 1 mohm. But such high resistances prevent short switching times, even if one turns on a small capacitor in parallel with the resistor.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen elektronischen Schalter mit Feldeffekttransistor anzugeben, der in einem wei- tem Frequenzbereich arbeitet, d.h. dessen Schaltzustände be-liebig lang aufrecht erhalten werden können und dessen Schalt- zeiten äußerst kurz sind.The invention is based on the object of specifying an electronic switch with a field effect transistor which operates in a wide frequency range , ie whose switching states can be maintained for any length of time and whose switching times are extremely short.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Anteil des Signals Imsumme aus dem Signal und der. Steuerspannung über ein FIalbleitersohaltungselement zur Gate-Elektrode-geführt .wird, Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die;,,Steuerspannunti über einen Widerstand und das .Signal über eine lIalbl.eit.erdiode.:der Gate-Elektrode zugeführt werden. Durch .die tI@find>,i.tg w@.d.Ä"---,. erreicht,: daß die Gate-Source-Spannung weitgehend unabh#i.ngig ,r r, von der Größe des Signals ist, ,und daß der elektr_onisetisr, ,Se.ti;)#1- ter in einem weiten Freque.zbereich anwendbar ist..Ferner wird .. mit geringem Aufwand durch die Ikfindung -verhindert, dgß .bei .Sperz,- sohiehtfeldeffekttransistoren ein Steuerstrom durch den Feld- effekttransistor fließt,. Die Erfindung wird an Hand der Figuren näher erläutert. Von diesen zeigt Figur 1 ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel, bei dem als Halbleiterschaltungselement eine Halbleiterdiode verwendet wird; Figur 2 eine Weiterbildung der Schaltungsanordnung nach Figur i; Figur 3 eine Schaltungsanordnung, bei der sowohl das Signal als auch die Steuerspannung über einen Transistor der Gate-Elektrode zugeführt werden; Figur 4 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung, bei der die Signalspannung dem Emitter und die Steuerspannung der Basis eines Transistors zugeführt werden.The object is achieved according to the invention in that the proportion of the signal Imsum from the signal and the. Control voltage is led to the gate electrode via a residual conductor holding element, A further development of the invention provides that the; ,, Steuerspannunti via a resistor and the signal via a lIalbl.eit.erdiode .: to the gate electrode. Through .die tI @ find>, i.tg w @ .d.Ä "--- ,. achieved: that the gate-source voltage is largely independent , rr, on the size of the signal, and that the elektr_onisetisr,, Se.ti;) # 1- can be used in a wide frequency range. with little effort by the I-finding -prevented, that is, with .Sperz, - field effect transistors a control current through the field effect transistor flows. The invention is explained in more detail with reference to the figures. Of these, FIG. 1 shows an exemplary embodiment according to the invention in which a semiconductor diode is used as the semiconductor circuit element; FIG. 2 shows a further development of the circuit arrangement according to FIG. I; FIG. 3 shows a circuit arrangement in which both the signal and the control voltage are fed to the gate electrode via a transistor; FIG. 4 shows a circuit arrangement according to the invention in which the signal voltage is fed to the emitter and the control voltage is fed to the base of a transistor.

Gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.The same parts are provided with the same reference symbols in the figures.

In Figur 1 ist mit i das Eingangsklemmenpaar des elektronischen Soli alters bezeichnet, an das das Signal angelegt wird, welches geschaltet am Ausgangsklommenpaar 2 entnommen werden kann. Der Feldeffekttransistor 3 stellt die Verbindung zwischen dem Eingangs- und dem Ausgangsklemmenpaar dar. Die Steuerspannung wird dem Klemmenpaar 4 zugeführt und gelangt von dort über den yYiderstand 5 zur Gate-Elektrode des Feldeffekttransistors. Durch die Halbleiterdiode 6 wird erreicht, daß das Signal der Steuerspannung überlagert wird. Der Schaltzustand des Feldeffekttransistors 3 ist dadurch praktisch unabhängig von der Größe des Signals am Klemmenpaar 1, wobei jedoch vorausgesetzt wird, daß die Steuerspannung für den leitenden Zustand des Feldeffekttransistors 3 stets positiver als das Signal ist. Die Halbleiterdiode 6 ist in Bezug auf ihre Durchlaßkqnnlinie derart ausgewählt, daß für den leitenden Zustand des Feldeffekttransistors 3 die Gate-Source-Spannung nicht größer wird, als diejenige Spannung, bei der Steuerstrom durch den Feldeffekttransistor zu fließen geginnt.In Figure 1, i is the pair of input terminals of the electronic Soli age to which the signal is applied, which is switched on the pair of output terminals 2 can be found. The field effect transistor 3 provides the connection between the input and the output terminal pair. The control voltage is applied to the terminal pair 4 and from there it reaches the gate electrode of the field effect transistor via the y resistor 5. The semiconductor diode 6 ensures that the signal is superimposed on the control voltage will. The switching state of the field effect transistor 3 is practically independent on the size of the signal at terminal pair 1, but it is assumed that the control voltage for the conductive state of the field effect transistor 3 is always positive than the signal is. The semiconductor diode 6 is with respect to its pass line selected such that for the conductive state of the field effect transistor 3 the Gate-source voltage is not greater than the voltage at the Control current begins to flow through the field effect transistor.

Soll die Schaltungsanordnung nach Figur 1 auch für schnelles Schalten geeignet sein, so darf der Widerstand 5 nicht allzu groß gewählt werden. Eventuell ist es vorteillaft, ihn durch einen Kondensator 7 zu überbrücken. Durch den Strom, der im Falle des leitenden Zustands des Feldeffekttransistors 3 durch den Widerstand 5 und die Diode 6 zur Quelle des Signals fließt, wird letztere zusätzlich belastet. Eine Schaltungsanordnung, bei der diese Belastung gegenüber der Schaltungsanordnung nach Figur 1 verringert wird, zeigt Figur 2.If the circuit arrangement according to FIG. 1 is also to be suitable for rapid switching, then the resistor 5 must not be selected to be too large. It may be advantageous to bridge it with a capacitor 7. By the current flowing the field effect transistor 3 through the resistor 5 and the diode 6 to the source of the signal in the case of the conductive state, the latter is additionally loaded. A circuit arrangement in which this load is reduced compared to the circuit arrangement according to FIG. 1 is shown in FIG.

Wie bei der Schaltungsanordnung nach Figur 1 wird in Figur 2 die Steuerspannung über den Widerstand 5 der Gate-Elektrode des Feldeffekttransistors 3 zugeführt. Das Signal jedoch wird über die Basis-Emitter-Strecke des Transistors 8 und über die Diode 6 zur Gate-Elektrode geleitet. Der Transistor 8 ist zusammen mit dem Widerstand 9 als Impedanzwandler geschaltet und erhält seine Betriebsspannung über den Schaltpunkt 10. Der größte Teil des Stroms durch die Diode wird somit zum Schaltungspunkt 10 geleitet, und nur ein geringer um die Stromverstärkung des Transistors verminderter Teil dieses Stromes fließt in die Signalquelle 1.As with the circuit arrangement according to FIG. 1, the control voltage in FIG The gate electrode of the field effect transistor 3 is supplied via the resistor 5. The signal, however, is over the base-emitter path of the transistor 8 and over the diode 6 is passed to the gate electrode. The transistor 8 is together with the resistor 9 switched as an impedance converter and receives its operating voltage via the switching point 10. The major part of the current through the diode is thus to node 10 conducted, and only slightly reduced by the current gain of the transistor Part of this current flows into signal source 1.

Bei der Schaltungsanordnung nach Figur 3 erfolgt@die Bildung der Summe aus dem Signal und der Steuerspannung mit Hilfe der Widerstände 11 und 12, sowie der Daäis-Emitter-Strecke des Transistors 13. Die Basis des Transistors liegt auf festem Potential, beispielsweise +3 Volt, und der Kollektor des Transistors 13 ist einerseits mit der Gate-Elektrode des Feldeffekttransistors 3 und andererseits über den Widerstand 14 und den Schaltungepunkt 15 mit einer Betriebsspannungsquelle von beispielsweise -12 Volt verbunden. Die Widerstände 11, 12 und 14 haben vorzugsweise gleiche Widerstandswerte. Soll der elektronische Schalter leitend sein, so wird an die Klemme 4 eine Steuerspannung angelegt, die bei den genannten Beispielen für die Basisspannung und die Betriebsspannung etwa +12 Volt beträgt. Die Signalspannung wird dann mit gleichbleibender Amplitude und ohne Phasendrehung zur Gate-Elektrode übertragen, sodaß der Feldeffekttransistor 3 unabhängig von der Größe der Signalspannung leitend ist.In the circuit arrangement according to FIG. 3, the sum is formed from the signal and the control voltage with the help of resistors 11 and 12, as well as the Daäis emitter path of the transistor 13. The base of the transistor is on fixed potential, for example +3 volts, and the collector of transistor 13 is on the one hand with the gate electrode of the field effect transistor 3 and on the other hand over the resistor 14 and the circuit point 15 with an operating voltage source from for example -12 volts connected. The resistors 11, 12 and 14 preferably have same resistance values. Should the electronic switch be conductive be, a control voltage is applied to terminal 4, which is the same for the above Examples of the base voltage and the operating voltage is around +12 volts. The signal voltage is then with constant amplitude and without phase rotation transferred to the gate electrode, so that the field effect transistor 3 is independent of the The size of the signal voltage is conductive.

Zur Sperrung des elektronischen Schalters wird an das Klemmenpaar 4 eine Spannung angelegt, die kleiner als etwa +4 Volt ist. Die Gate-Elektrode erhält dann über den Schaltungspunkt 15 und den Widerstand 14 eine starke negative Spannung, da der Transistor 13 gesperrt ist.To block the electronic switch, the pair of terminals 4 a voltage is applied that is less than about +4 volts. The gate electrode receives then a strong negative voltage across node 15 and resistor 14, since the transistor 13 is blocked.

Eine Variante der Schaltungaanordnung nach Figur 3 zeigt Figur 4. Hierbei wird wie bei der Schaltungsanordnung nach Figur 3 die Signalspannung über einen Widerstand 21 den: Emitter eines Transistors 16 zugeführt. Die Spannung der Gatei@lektrode wird dem Kollektor des Transistors 16 entrioirm:en, der iftier den Uiderstand 19 mit einer negativen Be trIebsspannung verbunden ist. Der Widerstand 12 bei der Schaltungsanordnung nach Figur 3 dient einerseits dazu, die Belastung der Signalspannungsquelle zu begrenzen und andererseits sicherzustellen, daß das Signal mit seiner ursprünglichen Amplitude zur Gate-Elektrode des Feldeffekttransistors gelangt. Die gleichen Aufgaben nimmt bei der Schaltungsanordnung nach Figur 4 der 4iiiderstand2wahr, jedoch kann dieser auch entfallen. Da der Widerstand 17, über den die Steuerspannung 4 zugeführt wird, bei dieser Schaltungsanordnung als Gegenkopplung in Bezug auf die Signalspannung dient. Dadurch wird sowohl die Verstärkung des Transistors 16 herabgesetzt, als auch der Eingangswiderstand für die Signalspannung erhöht. Um schnelles Schalten zu gewährleisten, kann der Widerstand 17 durch einen Kondensator 18, der dem Abfall der hohen Frequenzen an dem Widerstand 17 entgegenwirkt, überbrückt werden.A variant of the circuit arrangement according to FIG. 3 is shown in FIG. 4. Here, as in the circuit arrangement according to FIG. The voltage of the gate electrode is removed from the collector of the transistor 16, which is also connected to the resistor 19 with a negative operating voltage. The resistor 12 in the circuit arrangement according to FIG. 3 serves on the one hand to limit the load on the signal voltage source and on the other hand to ensure that the signal reaches the gate electrode of the field effect transistor with its original amplitude. The 4iiiderstand2 realizes the same tasks in the circuit arrangement according to FIG. 4, but this can also be omitted. Since the resistor 17, via which the control voltage 4 is supplied, is used in this circuit arrangement as a negative feedback with respect to the signal voltage. This both reduces the gain of transistor 16 and increases the input resistance for the signal voltage. In order to ensure fast switching, the resistor 17 can be bridged by a capacitor 18, which counteracts the drop in the high frequencies at the resistor 17.

Claims

Claims 1. Electronic switch with field effect transistor, in which the drain-source path lies in the path of a signal to be switched, and the sum of the signal and a control voltage of the gate electrode of the field effect transistor is supplied, characterized in that the proportion of the signal in the sum from the signal and the control voltage via a semiconductor circuit element to the gate electrode to be led.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the control voltage via a resistor and the signal via a semiconductor diode are fed to the gate electrode.

3. Circuit arrangement according to claim 1, characterized characterized in that the control voltage and the Sigz.al each via a resistor fed to the emitter of a transistor that the base of the transistor on fixed potential, and that the collector of the transistor on the one hand with the Gate electrode of the field effect transistor and on the other hand via a resistor is connected to an operating voltage source.

4. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the signal of the semiconductor diode via an impedance converter switched transistor is supplied.

5. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the signal is fed to the emitter of a transistor (16) and the control voltage via a resistor (17) of the base of the transistor, and that the collector of the transistor (16) on the one hand with the gate Field electrode effekttranaistors (3) and andeWits via a resistor (19)

is connected to a negative operating voltage source.